冲压模具设计课件

（三）知识链接1．冲裁的定义：冲裁是利用模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。垫圈的落料与冲孔

a)落料

b)冲孔

冲裁是冲压工艺的最基本工序：包括落料、冲孔、切断、修边、切舌、剖切等2．冲裁模分类

序号分类方法模具名称板料分离状态及模具特点一按工序性质分类1落料模沿封闭轮廓将冲件与板料分离，冲下来的部分为冲件。2冲孔模沿封闭轮廓将冲件与板料分离，冲下来的部分为废料。3切边模将冲件多余的边缘切掉。4切口模沿敞开的轮廓将冲件冲出切口，但冲件不完全分离。5整修模切除冲裁件的粗糙边缘，获得光洁垂直的工件断面。6精冲模利用带齿的压料板，在工作时强行压入材料，造成材料的径向压力，通过将冲件与条料分离的冲压行程获得精度高、断面质量好的冲件的模具。二按工序组合分类1单工序模在一副模具中只完成一个工序的冲模。2级进模在一副模具中的不同位置上完成两个或两个以上工序，最后将冲件与条料分离的冲模。3复合模在一副模具中的同一位置上，完成几个不同工序的冲模。三按上下模导向分类1敞开模模具本身无导向装置，工作完成靠压力机及滑块导轨起作用。2导板模用导板来保护冲裁时凸、凹模准确位置。3导柱模上、下模分别装有导套、导柱、靠其配合精度来保证凸、凹模准确位置3．冲裁模的结构组成及其作用（1）工艺零件

直接参与完成冲压工艺并和坯料直接发生作用。（2）结构零件

不直接参与完成冲压工艺过程，也不和坯料直接发生作用，只对模具完成工艺过程起保证作用或对模具的功能起完善作用。零件种类零件名称零件作用工作零件工作零件凸模、凹模直接对坯料进行加工，完成板料的分离的零件。凸凹模刃口镶块定位零件定位销、定位板确定冲压加工或工序件在冲模中正确位置的零件。挡料销、导正销导料销、导料板侧压板、承料板定距侧刃压料、卸料及出件零件卸料板使冲件与废料得以出模，保证顺利实现正常冲压生产的零件。压料板顶件块推件块废料切刀销钉键弹簧等其他零件

冲模零件的分类及作用

零件种类零件名称零件作用结构零件导向零件导套正确保证上、下模的相对位置，以保证冲压精度。导柱导板导筒固定零件上、下模座承装模具零件或将模具紧固在压力机上并与它发生直接联系用的零件。模柄凸、凹模固定板垫板限位器标准件及其他螺钉模具零件之间的相互连接件等，销钉起稳固定位作用。销钉键弹簧等其他零件

冲模零件的分类及作用

4．冲裁变形过程分析（1）冲裁变形过程

1）弹性变形阶段(图Ⅰ)

2）塑性变形阶段(图Ⅱ)3）断裂分离阶段

(图Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)（2）冲裁件断面分析1）断面特征

冲裁区应力、变形和冲裁件正常的断面状况a）冲孔件b）落料件

（2）冲裁件断面分析断面组成

圆角带a：由冲裁过程中刃口附近的材料被牵连拉入变形(弯曲和拉伸)的结果。光亮带b：紧挨塌角并与板面垂直的光亮部分，在塑性变形过程中，受到剪切应力τ和挤压应力σ的作用而形成的。断裂带c：表面粗糙且带有锥度的部分，是由于刃口处的微裂纹在拉应力口作用下不断扩展断裂而形成的。毛刺d：在刃口附近的侧面上材料出现微裂纹时形成的，当凸模继续下行时，使已形成的毛刺拉长并残留在冲裁件上。（2）冲裁件断面分析2）材料的性能对断面质量的影响塑性较好的材料断面光亮带所占比例大，圆角也大塑性差的材料断面光亮带所占比例小，圆角小，而大部分是有斜度的粗糙断裂带（2）冲裁件断面分析3）模具刃口状态对断面质量的影响

凸、凹模磨钝后毛刺的形成

a)凹模磨钝b)凸模磨钝c)凸、凹模均磨钝5．冲裁模间隙

冲裁间隙：指冲裁模中凸、凹模刃口横向尺寸的差值。（1）间隙对冲裁件质量的影响1）间隙对断面质量的影响

间隙合适零件比较平直，圆角、毛刺、斜度均不大，有较好的综合断面质量间隙过小冲裁件的切断面上形成第二光亮带，在两个光亮带之间形成撕裂面（夹层），在端面出现挤长的毛刺间隙过大光亮带变窄，断裂带、圆角增宽，毛刺和斜度较大，拱弯、翘曲现象显著，冲裁件质量下降间隙对断面质量的影响

a)间隙过小b)间隙合适c)间隙过大返回2）间隙对尺寸精度的影响

一是冲裁结束后冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差。冲裁件的尺寸精度：是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值影响冲裁件的尺寸精度有两大方面的因素：二是冲模本身的制造偏差。（2）间隙对冲裁力的影响在正常情况下，间隙对冲裁力的影响不很大。间隙对卸料力、推件力的影响比较显著：

随间隙增大，卸料力和推件力都将减小。一般当单面间隙增大到材料厚度的15％~25％时，卸料力几乎降到零。但间隙继续增大会时毛刺增大，又将引起卸料力、顶件力的迅速增大。（3）间隙对模具寿命的影响冲裁时凸、凹模受力及磨损情况过小的间隙加剧模具刃口的磨损对模具寿命极为不利。采用较大的间隙可减缓间隙不均的不利影响。为减少凸、凹模的磨损，延长模具使用寿命，在保证冲裁件质量的前提下适当采用较大间隙值是十分必要的。（4）冲裁模间隙值的确定冲裁间隙Z：等于凹模与凸模刃口横向尺寸之差1）理论确定法冲裁产生裂纹的瞬时状况2）经验确定法

查表法6．凸模与凹模刃口尺寸的确定（1）凸、凹模刃口尺寸计算的依据和原则

在冲裁件尺寸的测量和使用中，都是以光亮带的尺寸为基准落料件的光亮带是因凹模刃口挤切材料产生的，而孔的光亮带是凸模刃口挤切材料产生的计算刃口尺寸时，应按落料和冲孔两种情况分别进行计算的依据：1.落料时，先确定凹模尺寸，以凹模尺寸为基准。落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大，故落料凹模基本尺寸取工件尺寸公差范围内的较小尺寸。而落料凸模基本尺寸，按凹模基本尺寸减最小初始间隙。2.冲孔时，先确定凸模尺寸，以凸模尺寸为基准。冲孔的尺寸会随凸模的磨损而减小，故冲孔凸模基本尺寸取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。而冲孔凹模基本尺寸按凸模基本尺寸加最小初始间隙。3.确定冲模刃口制造公差时应与冲裁件的尺寸精度相适应，偏差值安“入体”原则标注单向公差。计算原则：（2）凸、凹模刃口尺寸的计算方法1）按凸模与凹模图样分别加工法冲模刃口与工件尺寸及公差分布情况

A.落料B.冲孔

C.孔心距

冲模刃口与工件尺寸及公差分布情况落料、冲孔时各部分尺寸与公差分布情况

a)落料b)冲孔返回1)按凸模与凹模图样分别加工法(续)

为了保证可能的初始间隙不超过Zmax，即+Zmin≤Zmax，选取必须满足以下条件：≤

凸、凹模的制造公差，可按ＩＴ６～ＩＴ７级来选取，也可查表选取，但需校核。或取

≤≤2）凸模与凹模配作法

配作法就是先按设计尺寸制出一个基准件（凸模或凹模），然后根据基准件的实际尺寸再按最小合理间隙配制另一件。

特点：模具的间隙由配制保证，工艺比较简单，不必校核≤的条件，并且还可放大基准件的制造公差，使制造容易。2）凸模与凹模配作法(续)（1）根据磨损后轮廓变化情况，正确判断出模具刃口尺寸类型：磨损后变大，变小还是不变。（2）根据尺寸类型，采用不同计算公式。磨损后变大的尺寸，第一类尺寸；磨损后变小的尺寸，第二类尺寸；磨损后不变的尺寸，第三类尺寸；（3）刃口制造偏差可按工件相应部位公差值的1/4来选取。对于刃口尺寸磨损后无变化的制造偏差值可取工件相应部位公差值的1/8并冠以（±）。复杂形状冲裁件的尺寸分类第一类尺寸：第二类尺寸：第三类尺寸：2）凸模与凹模配作法(续)7．冲裁排样设计排样：冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。合理的排样：提高材料利用率、降低成本，保证冲件质量及模具寿命的有效措施。排样方案是模具结构设计的依据之一。（1）材料的合理利用1）材料利用率冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比，它是衡量合理利用材料的经济性指标。一个步距内的材料利用率：一张板料(或带料、条料)上总的材料利用率：板料的裁剪方法：纵栽、横栽、联合栽2）提高材料利用率的方法

冲裁所产生的废料：一类是结构废料，另一类是工艺废料

减少工艺废料的措施：设计合理的排样方案选择合适的板料规格和合理的裁板法（减少料头、料尾和边余料）利用废料作小零件等利用结构废料的措施：

当材料和厚度相同时，在尺寸允许的情况下，较小尺寸的冲件可在较大尺寸冲件的废料中冲制出来。

在使用条件许可下，也可以改变零件的结构形状，提高材料利用率，如图所示。（2）排样方法根据材料的合理利用情况，条料排样方法可分为三种：1.有废料排样（a）2.少废料排样（b）3.无废料排样（c、d）排样主要形式的分类返回排样主要形式的分类（3）搭边排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料。补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率；搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉人模具间隙，从而提高模具寿命。搭边的作用：搭边：1）影响搭边值的因素

①材料的力学性能硬材料的搭边值可小一些；软材料、脆材料的搭边值要大一些。②材料厚度材料越厚，搭边值也越大。③冲裁件的形状与尺寸零件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值取大些。④送料及挡料方式用手工送料，有侧压装置的搭边值可以小一些；用侧刃定距比用挡料销定距的搭边小一些。⑤卸料方式弹性卸料比刚性卸料的搭边小一些。第二章冲裁2）搭边值的确定

搭边值是由经验确定的。下表为最小搭边值的经验数表之一，供设计时参考。

材料厚度t圆形或圆角r>2t的工件矩形件边长L≤50mm工件间a1侧面a工件间a1侧面a0.25以下1.82.02.22.50.25~0.51.21.51.82.00.5~0.81.01.21.51.80.8~1.20.81.01.21.51.2~1.61.01.21.51.81.6~2.01.21.51.82.52.0~2.51.51.82.02.22.5~3.01.82.22.22.53.0~3.52.22.52.52.83.5~4.02.52.82.53.24.5~5.03.03.53.54.05.0~120.6t0.7t0.7t0.8t最小搭边值

材料厚度t矩形件边长L≥50mm或圆角r≤2t工件间a1侧面a0.25以下2.83.00.25~0.52.22.50.5~0.81.82.00.8~1.21.51.81.2~1.61.82.01.6~2.02.02.22.0~2.52.22.52.5~3.02.52.83.0~3.52.83.23.5~4.03.23.54.5~5.04.04.55.0~120.8t0.9t最小搭边值

（4）条料宽度与导料板间距离的计算1）有侧压装置时条料的宽度与导料板间距离

条料宽度：导料板间距离：2）无侧压装置时条料的宽度与导料板间距离

条料宽度：导料板间距离：3）用侧刃定距时条料的宽度与导料板间距离

宽料宽度：导料板间距离：（5）排样图一张完整的排样图应标注条料宽度尺寸条料长度L、板料厚度t、端距l、步距S、工件间搭边a1和侧搭边a。

8．冲裁力和压力中心的计算（1）冲裁力的计算冲裁过程中凸模对板料施加的压力。用普通平刃口模具冲裁时，冲裁力F一般按下式计算：冲裁力：通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。